金属工艺学教学作者王英杰31622金属工艺学教案(高职)

教案一

【教学组织】

1．提问10分钟

2．讲解70分钟

3．小结5分钟

4．布置作业5分钟

【教学内容】

绪论

一、人类社会的发展历程

人类使用材料的足迹经历了从低级到高级、从简单到复杂、从天然到合成的过程，目前人类已进入金属（如钛金属）、高分子、陶瓷及复合材料共同发展的时代。

二、节约金属材料

一是向地壳的深部要金属；二是向海洋要金属；三是节约金属材料，寻找它的代用品。

三、非金属材料的使用

非金属材料的使用，不仅满足了机械工程中的特殊需求，而且还大大简化了机械制造的工艺过程，降低了机械制造成本，提高了机械产品的使用性能。其中比较突出的非金属材料就是：塑料、陶瓷与复合材料等。

四、机械零件加工技术的发展

例如，激光技术与计算机技术在机械零件加工过程中的应用，使得机械零件加工设备不断创新，零件的加工质量和效率不断提高，如计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和生产管理信息系统（MIS）的综合应用，突破了传统的机械零件加工方法，产生了巨大的变革。

五、我国在金属加工方面取得的成就

历史上我国是使用和加工金属材料最早的国家之一。

2008年我国钢铁产量突破5亿吨，成为国际钢铁市场上举足轻重的“第一力量”。

六、金属工艺学课程的性质

《金属工艺学》教材内容广、实践性强，比较系统地介绍了金属材料与非金属材料的分类、性能、加工工艺方法及其应用范围等知识。该课程是融汇多种专业基础知识为一体的专业技术基础课，是培养从事机械装备制造行业应用型、管理型、操作型及复合型人才的必修课程。

同学们在学习本课程时，一定要多联系自己在金属材料和非金属材料方面的感性知识和生活经验，要多

讨论、多交流、多分析和多研究，特别是在实习中要多观察，勤于实践，做到理论联系实际，这样才能更好地学好教材中的基础知识，做到融会贯通，全面发展。

第一章金属材料基础知识

第一节金属材料分类

●金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性，并具有光泽的物质。

●金属材料是由金属元素或以金属元素为主要材料，并具有金属特性的工程材料。

●合金是指两种或两种以上的金属元素或金属与非金属元素组成的金属材料。

图1-1 金属材料分类

●以铁或以它为主而形成的金属材料，称为钢铁材料（或称黑色金属），如各种钢材和铸铁。

●除钢铁材料以外的其它金属材料，统称为非铁金属（或称有色金属），如铜、铝、镁、锌、钛、锡、铅、铬、钼、钨、镍等。

第二节钢铁材料生产过程概述

●钢铁材料是铁和碳的合金。

钢铁材料按其碳的质量分数w（C）(含碳量)进行分类，可分为工业纯铁（w（C）<0.0218%）；钢（w （C）=0.0218%～2.11%）和白口铸铁或生铁（w（C）>2.11 %）。

一、炼铁

生铁由铁矿石经高炉冶炼而得，它是炼钢和铸件生产的主要原材料。

高炉炼铁的炉料主要是铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）。

高炉冶炼出的铁不是纯铁，其中含有碳、硅、锰、硫、磷等杂质元素，这种铁称为生铁。

生铁是高炉冶炼的主要产品。根据用户的不同需要，生铁可分为两类：铸造生铁和炼钢生铁。

二、炼钢

钢材生产是以生铁为主要原料，首先将生铁装入高温的炼钢炉里，通过氧化作用降低生铁中碳和杂质的

质量分数，并使其到达需要的钢液，然后将钢液浇铸成钢锭或连续坯，再经过热轧或冷轧后，制成各种类型的型钢。

用生铁炼钢，实质上是一个氧化过程。

1．炼钢方法

炼钢方法热源主要原料主要特点产品

氧气转炉氧化反应的化学热生铁、废钢

冶炼速度快，生产率高，成本低。钢的

品种较多，质量较好，适合于大量生产

非合金钢和低合金

钢

电弧炉电能废钢

炉料通用性大，炉内气氛可以控制，脱

氧良好，能冶炼难熔合金钢。钢的质量

优良，品种多样

合金钢

2．钢的脱氧

按钢液脱氧程度的不同，钢可分为特殊镇静钢(TZ)、镇静钢(Z)，半镇静钢(b)和沸腾钢(F)四种。

3．钢的浇注

钢液经脱氧后，除少数用来浇铸成铸钢件外，其余都浇铸成钢锭或连铸坯。

4．炼钢的最终产品

钢锭经过轧制最终形成板材、管材、型材、线材及其它类型的材料。

第三节机械制造过程概述

机械产品的制造过程一般分为设计、制造与使用三个阶段，如图1-4所示。

图1-4 机械产品制造过程的三个阶段

第四节金属材料的性能

金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。

●使用性能是指金属材料为保证机械零件或工具正常工作应具备的性能，即在使用过程中所表现出的特

性。金属材料的使用性能包括力学性能、物理性能和化学性能等；

●工艺性能是指金属材料在制造机械零件和工具的过程中，适应各种冷加工和热加工的性能。工艺性能也是金属材料采用某种加工方法制成成品的难易程度，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能

及切削加工性能等。

一、金属材料的力学性能

●金属材料的力学性能是指金属材料在力作用下所显示的与弹性和非弹性反应相关或涉及应力──应变关系的性能，如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。

●物体受外力作用后导致物体内部之间相互作用的力，称为内力。

●单位面积上的内力，称为应力σ(N/mm2)。

●应变є是指由外力所引起的物体原始尺寸或形状的相对变化(%)。

金属材料的力学性能主要有：强度、刚度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。

（一）强度与塑性

●金属材料在力的作用下，抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。

●塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力。金属材料的强度和塑性指标可以通过拉伸试验测得。

1．拉伸试验

●拉伸试验是指用静拉伸力对试样进行轴向拉伸，测量拉伸力和相应的伸长，并测其力学性能的试验。

（1）拉伸试样。拉伸试样通常采用圆柱形拉伸试样，分为短试样和长试样两种。

长试样L0=10d0；短试样L0=5d0。

a）拉断前 b）拉断后

图1-5 圆形拉伸试样

（2）试验方法。

2．力伸长曲线

●在进行拉伸试验时，拉伸力F和试样伸长量△L之间的关系曲线，称为力伸长曲线。

试样从开始拉伸到断裂要经过弹性变形阶段、屈服阶段、变形强化阶段、缩颈与断裂四个阶段。

图1-7 退火低碳钢力伸长曲线